[发明专利]数字集群通信系统端到端自同步话音加密传输实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字集群通信技术，尤其是一种数字集群通信系统的保密通信方法，具体地说是一种数字集群通信系统端到端自同步话音加密传输实现方法。

背景技术

众所周知，数字集群通信系统是一种专用移动通信系统，其主要用户为公共安全、国防、政府部门、大型企事业单位、交通运输等。这些用户对于集群通信所提供的话音服务具有一些特殊要求，话音保密通信就是其中最为重要的一项。

在话音保密通信中，有两种方式：空中接口加密和端到端加密。

空中接口加密是对移动台到基站之间的空中接口无线信道上传送的数字话音进行加密的方式，在集群核心网上传送的是非加密的明话话音数据。

端到端加密是通过集群系统通信的终端之间进行的数字话音加密，加密终端包括：移动台、有线电话接口、有线中继接口等。端到端加密时，集群核心网上传送的是加密的密话话音数据。

无论是端到端话音加密还是空中接口加密，都需要使用保密机，保密机的作用是加密和解密。所谓加密是将明话数字话音数据转换成密话数字话音数据，所谓解密是将密话话音数据转换成明话数字话音数据。

两种加密方式的不同之处在于：

（1）在进行端到端加密时，保密机放置于移动终端和移动核心网有线接口上。而空中接口加密时，保密机放置于移动终端和基站信道机上。由于基站信道机分布于各个无线覆盖点，难于管理和控制，而核心网的有线接口则易于管理和维护，因为这些接口常常安置于核心网机房内。

（2）如果采用空中接口加密方案，集群核心网上传送的是明话，由于核心网承载于IP网络上，而IP网络又是一个公共网络，话音信息已被窃听和截取。采用端到端加密时，话音在IP网络传送时是密话，能够有效防止窃听。

（3）端到端加密具有较低的成本。因为，如果用户不放心在核心网上进行明话传输，则对于明话进行再次加密，这样将增加核心网保密设备的成本。而采用端到端加密时则不需要增加保密设备，可以减少保密设备的投资。

现有数字集群通信系统的无线传输信道，在处理话音通信时，常常将无线信道时隙承载话音数据的部分称为净荷（pay load），净荷之中用户终端放置的到底是明话还是密话，均由用户终端自己决定，用户可以在承载时隙的“净荷类型”字段中指示是加密还是非加密数据。

数字集群网络并不关心用户终端传送的是明话还是密话。数字集群通信系统是将“净荷”从一个源终端传送至目的终端。或者说，数字集群通信系统提供的是一个端到端的数字“透明”连接。

现代数字移动通信系统几乎无一例外的使用数字声码化技术传送压缩的话音信息，典型的话音压缩算法有：用于3G公用陆地移动网络PLMN的AMR话音编码，编码速率为4.75kbits/s－12.2kbits/s。用于TETRA数字集群ACELP话音编码，编码速率为4.567kbits/s。以及DMR数字集群使用的AMBE或其他类型的编码，编码速率为2.4kbits/s。

上述声码化话音编码具有共同的特点：话音被分割为一定的时间段进行编码，每段编码的话音数据具有相同的比特数。

假定一个编码后的话音数据速率为S bit/s，每段话音编码的时间为Ts，一个话音分组P包含的数据比特为：

P＝S×Ts                                      （1）

在无线信道上进行数据传送是以帧F为传输单位的，一帧包含K个话音分组。

F＝K×P                                         （2）

＝K×S×Ts

本发明所涉及的话音编码速率S＝2.4kbit/s，话音编码时间Ts＝20ms。根据公式（1），则一个话音分组包含的数据比特为：

P＝S×Ts＝2.4×10³×20×10^-3＝48 （bits）

在无线信道上进行传输时，一帧包含3个话音分组，根据公式（2），

F＝K×P＝3×48＝144 （bits）

移动台到基站的空中接口无线信道的承载能力，是为满足编码话音数据传送而设计的。对于话音的传送来讲，采用了每60ms装载144比特的传送方式。

在进行加密话音传输时，需要解决下述三个问题：

（1）空中接口如何承载加密话音

当通信双方需要进行话音加密传输时，由于话音加密会使加密后的一帧数据超过空中接口无线信道上的帧长144比特，从而导致产生加密话音无法在原有无线信道上承载传送的问题。